JP3186262B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造装置及
びロードロック室に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自然酸化膜の形成を抑制すること
が半導体装置製造技術の重要な課題となっている。自然
酸化膜が半導体基板に形成されると、半導体素子のリー
ク電流の増加、絶縁耐圧の劣化、半導体素子の動作速度
への悪影響が生じる。例えば縦型ＬＰＣＶＤ装置におい
て、反応室内へ巻き込まれる酸素によって半導体基板表
面上に自然酸化膜が形成されることを抑制するために、
ロードロック方式の半導体装置製造装置の開発、商品化
が進められている。ロードロック方式とは、反応室口と
外気を接触させず、反応室と外部の間にロードロック室
と呼ばれる箱を設け、ロードロック室中の雰囲気を減圧
に排気した後、ロードロック室をＮ2雰囲気に置換する
方式である。ロードロック室及び反応室内の酸素濃度と
自然酸化膜の膜厚との関係を定量化したデータも取られ
つつあり、このロードロック方式の有用性は広く認識さ
れつつある。
【０００３】また、ＣＶＤ装置等においては、石英製反
応室のＯリング部分から酸素が反応室にリークする等、
外部から半導体装置製造装置に酸素が微少にリークする
ことがある。その結果、半導体基板上に自然酸化膜が形
成されるだけでなく、半導体基板上に成膜された薄膜の
特性が劣化することが知られている。この特性の劣化と
して、例えば、結晶性を有する薄膜中に結晶バンダリー
が多く存在したり、結晶の方向性が悪くなることが挙げ
られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の量産製造
装置にロードロック方式を採用した場合、製造される半
導体装置の特性の安定性、再現性が重要となる。然る
に、これらの点について、ロードロック室及び反応室内
の酸素濃度を保証する手段やシステムの提案は未だなさ
れておらず、半導体装置製造装置の完成度の向上が望ま
れている。また、半導体装置製造装置へ微少にリークす
る酸素に対する対策も取られていないのが現状である。
【０００５】スパッタ装置においては、スパッタ装置内
の水分をモニターすることは公知である。また、例え
ば、特開平３−１５２９２４号公報には、光励起気相処
理のモニタリング法が開示されている。しかしながら、
半導体装置製造装置等において酸素濃度をモニターする
ことは知られていない。
【０００６】従って、本発明の目的は、残存酸素による
悪影響を無くすことが可能な熱処理装置、あるいは、半
導体基板上に自然酸化膜が形成されることが無く、酸素
の影響によって特性が劣化されることのない半導体装置
を製造することができる半導体装置製造装置又はロード
ロック室、更には、このような熱処理装置あるいは半導
体装置製造装置を用いた薄膜の処理方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
第１の態様により、酸素モニターを具備していることを
特徴とする熱処理装置によって達成することができる。
【０００８】あるいは、上記の目的は、本発明の第２の
態様により、酸素モニターを具備した熱処理装置、及び
酸素モニターを具備したロードロック室から成ることを
特徴とする半導体装置製造装置によって達成することが
できる。
【０００９】本発明の第１及び第２の態様において、熱
処理装置は如何なる熱処理装置でもよいが、アニール炉
を含む熱拡散装置、スパッタ装置又はＣＶＤ装置を挙げ
ることができる。熱拡散装置、スパッタ装置あるいはＣ
ＶＤ装置は、如何なる形式の装置であってもよい。
【００１０】上記の目的は、更に、本発明の第３の態様
により、酸素モニターを具備することを特徴とするロー
ドロック室によって達成することができる。
【００１１】通常、酸素は、Ｏ2の他に、ＮＯX、Ｃ
ＯX、Ｈ2Ｏの形態で存在する。本発明の第１、第２又は
第３の態様において、酸素モニターはこれらの形態の酸
素を検出できる装置であれば如何なる装置でもよく、マ
ススペクトルアナライザー、酸素濃度検知器（カルバニ
電池式、定電位電解式、隔膜電極式等）、固体電解質ガ
スセンサー、半導体ガスセンサー、各種湿度センサー
等、公知の酸素モニターを例示することができるが、中
でもマススペクトルアナライザーであることが望まし
い。
【００１２】上記の目的は、更に、酸素モニターを具備
した熱処理装置から成る半導体装置製造装置を用いて半
導体基板上での薄膜処理を行う方法であって、熱処理装
置を排気した後、酸素モニターによって熱処理装置内の
酸素濃度を測定し、酸素濃度が所定の値以下になった
後、半導体基板を熱処理装置内に搬入し、半導体基板上
での薄膜処理を行うことを特徴とする本発明の薄膜の処
理方法によって達成することができる。
【００１３】あるいは又、上記の目的は、酸素モニター
を具備したロードロック室、及びロードロック室に連通
し且つ酸素モニターを具備した熱処理装置から成る半導
体装置製造装置を用いて半導体基板上での薄膜処理を行
う方法であって、ロードロック室に半導体基板を搬入
し、ロードロック室を排気した後、酸素モニターによっ
てロードロック室内の酸素濃度を測定し、熱処理装置を
排気した後、酸素モニターによって熱処理装置内の酸素
濃度を測定し、ロードロック室内及び熱処理装置内の酸
素濃度が所定の値以下になった後、ロードロック室から
半導体基板を熱処理装置内に搬入し、半導体基板上での
薄膜処理を行うことを特徴とする本発明の薄膜の処理方
法によって達成することができる。
【００１４】薄膜の処理として、例えば、アニール、ス
パッタリング、又はＣＶＤを挙げることができる。
【００１５】
【作用】本発明においては、熱処理装置及び／又はロー
ドロック室に酸素モニターが備えられているので、これ
らの熱処理装置やロードロック室内部の酸素濃度を常に
正確に把握することができる。従って、熱処理装置やロ
ードロック室内部の酸素濃度が所定の値以上である場
合、半導体装置の製造作業を即座に中断、中止すること
ができる。
【００１６】
【実施例】半導体装置製造装置がＬＰＣＶＤ装置から成
る熱処理装置及びロードロック室から構成され、酸素濃
度モニターとしてマススペクトルアナライザーを用いた
場合を例にとり、以下、説明する。図１は、縦型ＬＰＣ
ＶＤ装置（熱処理装置）及びロードロック室から成る本
発明の半導体装置製造装置の概略を示す断面図である。
【００１７】縦型ＬＰＣＶＤ装置は反応管６から成り、
反応管６の外側には、反応管６を加熱するためのヒータ
ー７が配設されている。反応管６には、Ｎ2ガス及び反
応ガスを供給するためのガス供給系が取り付けられてい
る。
【００１８】ロードロック室５内には、移載機３、ウエ
ハボート１２が配置されている。ウエハボート１２下部
には炉口キャップ１３が取り付けれている。移載機３及
びウエハボート１２はエレベーター４によって昇降可能
である。ロードロック室５内には、Ｎ2ガス用配管が設
けられ、ロードロック室５内をＮ2ガスで充填すること
ができる。反応管６とロードロック室５とは、ゲートバ
ルブ８を介して連通可能である。
【００１９】ロードロック室５の外側にはカセット室１
が配設されており、ロードロック室５とカセット室１と
は、ゲートバルブ２５を介して連通可能である。カセッ
ト室１を、カセット室ポンプ１０によって排気すること
ができる。カセット室１にはウエハカセット９が搬入さ
れる。カセット室１の外側にはゲートバルブ２が設けら
れている。
【００２０】反応管６は、バルブ１８，２２を経由して
ポンプ２４により排気可能である。また、ロードロック
室５も、バルブ２１，２３を経由してポンプ２４により
排気可能である。
【００２１】ロードロック室５の排気管部にはバイパス
が設けられ、このバイパスに、ロードロック室５中の酸
素濃度をモニターするためのマススペクトルアナライザ
ーから成る酸素モニター１５が取り付けられている。Ｌ
ＰＣＶＤ装置の反応管６の排気管部にもバイパスが設け
られ、このバイパスに、反応管６中の酸素濃度をモニタ
ーするためのマススペクトルアナライザーから成る酸素
モニター１４が取り付けられている。これらの酸素モニ
ター１５，１４を備えている点が本発明の半導体装置製
造装置の特徴である。そして、それぞれの酸素モニター
からの出力信号を検出する検出装置（図示せず）が備え
られている。
【００２２】本発明の半導体装置製造装置、即ち、酸素
モニターを具備したロードロック室、及びロードロック
室に連通し且つ酸素モニターを具備した熱処理装置から
成る半導体装置製造装置、を用いて半導体基板上での薄
膜処理を行う方法を、以下説明する。
【００２３】先ず、ロードロック室に半導体基板を搬入
し、ロードロック室を排気した後、酸素モニターによっ
てロードロック室内の酸素濃度を測定する。
【００２４】具体的には、ウエハの入ったウエハカセッ
ト９をカセット室１内に搬入した後、ゲートバルブ２を
閉め、カセット室ポンプ１０によってカセット室１を排
気する。この操作は、ロードロック室５への外気の混入
を防ぐためのものである。この時、ロードロック室５内
は、ポンプ２４によってカセット室１内の圧力と同程度
に排気されている。次に、ゲートバルブ２５を開き、ウ
エハカセット９内のウエハ１１を移載機３によりウエハ
ボート１２へ移送する。移送を終了した後、ゲートバル
ブ２５を閉める。
【００２５】その後、ロードロック室５内へＮ2ガスを
導入しながら、ロードロック室５をバルブ２１，２３を
経由しつつポンプ２４で排気する。これによって、ロー
ドロック室５内にＮ2ガスを充満させる。一定時間経過
後、バルブ２１を閉め、バルブ１９及びバルブ２０を開
けることにより、ロードロック室５内の雰囲気を酸素モ
ニター１５によりモニターする。
【００２６】以上の操作と平行して、熱処理装置を排気
した後、酸素モニターによって熱処理装置内の酸素濃度
を測定する。
【００２７】具体的には、ゲートバルブ８を閉じた状態
で反応管６内にＮ2ガスを導入しつつ、バルブ１８，２
２を経由してポンプ２４で排気する。ロードロック室と
同様に、一定時間経過後、バルブ１８を閉め、バルブ１
６及びバルブ１７を開けることにより、反応管６内の雰
囲気をマススペクトルアナライザーから成る酸素モニタ
ー１４によりモニターする。
【００２８】そして、ロードロック室内及び熱処理装置
内の酸素濃度が所定の値以下になった後、ロードロック
室から半導体基板を熱処理装置内に搬入し、半導体基板
上での薄膜処理を行う。
【００２９】具体的には、ロードロック室５内におい
て、予め設定しておいた酸素濃度値を超える酸素濃度を
検出した場合、ＬＰＣＶＤの操作を中止する。ウエハ１
１を、ウエハボート１２から移載機３の逆の動作により
ウエハカセット９内に戻す。
【００３０】反応管６内において、予め設定しておいた
酸素濃度値を超える酸素濃度を検出した場合、ＬＰＣＶ
Ｄの操作を中止する。この場合にも、ウエハ１１を、ウ
エハボート１２から移載機３の逆の動作によりウエハカ
セット９内に戻す。
【００３１】以上の操作、動作により、ロードロック室
５と反応管６内の酸素濃度に異常が無いことが酸素モニ
ターによって確認された後、即ち、ロードロック室内及
び熱処理装置内の酸素濃度が所定の値以下になった後、
初めてゲートバルブ８を開き、ウエハボート１２上のウ
エハ１１を反応管６内へ搬入する。そして、通常のＬＰ
ＣＶＤ装置の成膜シーケンス（半導体基板上での薄膜処
理）を開始する。尚、この場合、反応管６の入口は炉口
キャップ１３によって閉じられている。
【００３２】以上、好ましい実施例に基づき本発明を説
明したが、本発明はこの実施例に限定するものではな
い。ＬＰＣＶＤ装置として、図１に示した縦型反応室の
代わりに横型反応室や枚葉チェンバ反応室を用いること
ができる。あるいは又、ＣＶＤ装置ではなく、熱処理装
置として、アニール炉を含む熱拡散装置やスパッタ装置
を挙げることができる。この場合、これらの装置は、実
質的に図１と同じシステム構成にすることが望ましい。
【００３３】半導体装置の製造において、常に実施例の
操作、動作を行わなくともよい。バルブ１６，１７，１
９，２０を手動バルブとし、酸素モニター１４，１５を
取り外し可能とし、定期的に酸素濃度をモニターする構
成とすることも可能である。
【００３４】マススペクトルアナライザーから成る酸素
モニター１５の代わりに酸素濃度検知器を用いる場合、
ロードロック室５内に検知部を設けて常時監視してもよ
い。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置製造装置を
構成する熱処理装置及び／又はロードロック室内の酸素
濃度を酸素モニターによって検出する。ロードロック室
内及び／又は熱処理装置内の酸素濃度をモニターし、酸
素濃度設定値を超える酸素濃度を検出した場合、未然に
半導体基板が熱処理装置内に搬送されることを防ぐこと
ができる。その結果、半導体装置の製造工程での不良発
生を未然に防ぐことができ、ロードロック室を有する熱
処理装置、例えばＣＶＤ装置を安定して量産レベルで使
用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】縦型ＬＰＣＶＤ装置（熱処理装置）及びロード
ロック室から成る本発明の半導体装置製造装置の概略を
示す断面図である。
【符号の説明】
１ カセット室 ２ ゲートバルブ ３ 移載機 ５ ロードロック室 ６ 反応管 ８ ゲートバルブ ９ ウエハカセット １０ カセット室ポンプ １１ ウエハ １２ ウエハボート １４，１５ 酸素モニター １６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３ バ
ルブ ２４ ポンプ ２５ ゲートバルブ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素モニターを具備した熱処理装置から成
    る半導体装置製造装置を用いて半導体基板上での薄膜処
    理を行う半導体装置の製造方法であって、 熱処理装置を排気した後、酸素モニターによって熱処理
    装置内の酸素濃度を測定し、酸素濃度が所定の値以下に
    なった後、半導体基板を熱処理装置内に搬入し、半導体
    基板上での薄膜処理を行うことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 酸素モニターを具備したロードロック室、
    及びロードロック室に連通し且つ酸素モニターを具備し
    た熱処理装置から成る半導体装置製造装置を用いて半導
    体基板上での薄膜処理を行う半導体装置の製造方法であ
    って、 ロードロック室に半導体基板を搬入し、ロードロック室
    を排気した後、酸素モニターによってロードロック室内
    の酸素濃度を測定し、 熱処理装置を排気した後、酸素モニターによって熱処理
    装置内の酸素濃度を測定し、 ロードロック室内及び熱処理装置内の酸素濃度が所定の
    値以下になった後、ロードロック室から半導体基板を熱
    処理装置内に搬入し、半導体基板上での薄膜処理を行う
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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